JP2005186747A

JP2005186747A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2005186747A
Application number: JP2003429882A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Tokumoto; 欣智徳本
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】誤った故障検出によりアシスト中止に至る不便を解消する電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】故障検出時であっても操向車輪の舵角が変化しなければ操舵補助を続行し、故障検出時に当該舵角が変化したとき操舵補助を停止する制御装置を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、主として自動車に用いられる電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、磁気センサを含むトルク検出器によって検出した操舵トルクに基づいて、モータにより操舵補助力を生じさせる装置である（例えば、特許文献１参照。）。従って、トルク検出器からモータに至るシステムに故障が発生すると、システムをフェールダウンさせ、アシストを中止させていた（例えば、本出願人による特願２００２−１４９８２０）。

特開２００１−１８８２２号公報（第３頁、図１）

しかしながら、上記のような従来の電動パワーステアリング装置では、システムの電気系に電気的又は磁気的なノイズが入ると、誤ってアシストを中止させる場合があった。例えば、積雪の多い地方で路面に設置された融雪用のループコイルから漏れる磁界の影響を受けて磁気センサの出力が一時的に異常な値を示す場合があり、この結果、実際には何も異常がないにも関わらず、システムがフェールダウンしてアシストが効かなくなる。アシストが効かなくなると操舵が重くなり、ドライバには不便である。
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、誤った故障検出によりアシスト中止に至る不便を解消する電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、トルク検出器によって検出される操舵トルクに基づいて操舵補助を行うシステムを備えた電動パワーステアリング装置であって、操向車輪の舵角を検出する舵角検出器と、前記システムの故障を検出する機能を有するとともに、故障検出時であっても前記操向車輪の舵角が変化しなければ操舵補助を続行し、故障検出時に当該舵角が変化したとき操舵補助を停止する制御装置とを備えたものである。
上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、故障検出時であっても操向車輪の舵角が変化しなければ操舵補助が続行されるので、ノイズ等の一時的な理由によりシステムの故障が検出されても、それが原因となって自転が生じない限りアシストを継続する。これは、自転が生じない限り、危険がないことに基づいている。

また、上記電動パワーステアリング装置において、制御装置は、故障検出状態で故障判定時間が経過すると警告信号を出力するようにしてもよい。
この場合、故障判定時間を超える故障信号があると警告信号を出力することができるので、ドライバに警告を与え、注意を喚起することができる。

本発明によれば、ノイズ等の一時的な理由によりシステムの故障が検出されても、それが原因となって自転が生じない限りアシストを継続するので、誤った故障検出によりアシスト中止に至る不便を解消することができる。

図１は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。自動車等に搭載される当該装置は、操舵部材（ハンドル）１とピニオン２との間に操舵軸３が介在し、操舵部材１は入力軸３２に、ピニオン２は出力軸３３にそれぞれ接続されている。操舵軸３上には、トルク検出器３Ｔ及び舵角検出器３Ｓが構成されている。出力軸３３にはウオームホイール４が取り付けられ、これが、モータ６の出力軸に取り付けられたウオーム５と噛み合っている。モータ６の回転は、ウオーム５及びウオームホイール４を介してピニオン２に伝達され、操舵補助力となる。ピニオン２の回転は、ラック７の直線運動に変換され、左右のタイロッド８を介して操向車輪９が転舵される。

上記トルク検出器３Ｔ及び舵角検出器３Ｓは、例えば図２に示す各要素によって構成されている。図２において、操舵軸３は、その中心に設けられたトーションバー３１と、トーションバー３１の入力側（上方）に固定された入力軸３２と、トーションバー３１の出力側（下方）に固定された出力軸３３と、入力軸３２に外嵌固定された第１ターゲット板３４と、出力軸３３に外嵌固定された第２ターゲット板３５及び第３ターゲット板３６とを備えている。入力軸３２と出力軸３３とは互いに同軸に配置されているが、相互には直接接続されず、トーションバー３１を介して接続されている。また、第１ターゲット板３４、第２ターゲット板３５及び第３ターゲット板３６も、互いに同軸に配置されている。

上記各ターゲット板３４〜３６は、平歯車状の形態を成し、磁性体から成る外周の歯が、入力軸３２、出力軸３３の各軸周りに周方向へ等間隔で凹凸の「ターゲット」を形成している。歯数は、第１ターゲット板３４と第２ターゲット板３５とが同数Ｎ（例えば３６）で、第３ターゲット板３６はＮとは互いに素（１以外の公約数をもたない）である数（例えば３５）である。

なお、上記の各ターゲット板３４〜３６は、入力軸３２や出力軸３３とは別体であって外嵌される構造であるが、入力軸３２や出力軸３３を磁性体とし、対応するターゲット板３４〜３６と一体に形成してもよい。
また、平歯車状のターゲット板３４〜３６に代えて、スリット状の多数の孔が周方向に等間隔で形成されたリング状のターゲットや、外周面に磁極のＮ・Ｓを交互に配置したターゲットを用いることもできる。

一方、上記各ターゲット板３４〜３６の外周の歯に対向して、３段２列に６個の磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３が配置され、これらはセンサボックス１５に収められている。センサボックス１５は車体の所定位置に固定されている。磁気センサＡ１，Ｂ１は、第１ターゲット板３４の外周の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。同様に、磁気センサＡ２，Ｂ２は、第２ターゲット板３５の外周の互いに異なる周方向位置に対向して配置され、磁気センサＡ３，Ｂ３は、第３ターゲット板３６の外周の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。

上記磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３は、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により抵抗が変化する特性を有する素子を用いたもので、対向する各ターゲット板３４〜３６の外周の凹凸に応じて周期的に変化する信号電圧を出力する。従って、磁気センサＡ１，Ｂ１の出力は、入力軸３２及び第１ターゲット板３４の角変位に対応したものとなり、磁気センサＡ２，Ｂ２の出力は、出力軸３３及び第２ターゲット板３５の角変位に対応したものとなる。同様に、磁気センサＡ３，Ｂ３の出力は、出力軸３３及び第３ターゲット板３６の角変位に対応したものとなる。

上記磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の出力（図１におけるトルク検出器３Ｔ及び舵角検出器３Ｓの各出力に相当する。）は、Ａ／Ｄコンバータ等（図示せず。）を介して、図１における制御装置１０内の演算部１１に入力される。駆動部１３は、演算部１１からの指令に基づいて、モータ６を駆動する。故障検出部１２は、演算部１１における各種演算値や、駆動部１３からモータ６に供給されるモータ駆動電流を常に監視し、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３から制御装置１０を経てモータ６に至るシステムの構成要素の故障（センサ故障、ＣＰＵ故障等）を検出する機能を有する。運転席の計器パネルに設けられている表示灯などの警告信号出力部１４は、故障検出部１２に接続されており、故障検出部１２による警告信号出力のオン／オフに応じて動作する。

図３は、上記トーションバー３１、入力軸３２、出力軸３３、各ターゲット板３４〜３６、及び、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３を模式的に表した図である。第１ターゲット板３４は、入力軸３２と共に回転し、外周の凹凸により磁気センサＡ１，Ｂ１の出力信号が変化する。ここで、磁気センサＡ１とＢ１との配置の、対向する凹凸に対する電気角における位相差は、π／２であるように設定されている。磁気センサＡ１，Ｂ１からの出力信号（電圧）は、いずれも正弦波（又は余弦波）に近いものであり、互いに位相がπ／２ずれていることにより、各信号は、一方を正弦波とすれば、他方が余弦波である。
同様に、第２ターゲット板３５は、出力軸３３と共に回転し、外周の凹凸により磁気センサＡ２，Ｂ２の出力信号が変化する。磁気センサＡ２とＢ２との配置の、対向する凹凸に対する電気角における位相差は、π／２であるように設定されている。

一方、第３ターゲット板３６も、出力軸３３と共に回転し、外周の凹凸により磁気センサＡ３，Ｂ３の出力信号が変化する。また同様に、周方向における磁気センサＡ３及びＢ３の位置は、それぞれ磁気センサＡ２及びＢ２と同じである。ここで、第３ターゲット板３６の歯数（＝３５）が第２ターゲット板３５の歯数（＝３６）より１少ないことにより、磁気センサＡ３，Ｂ３の出力は、磁気センサＡ２，Ｂ２の出力と比べて、出力軸３３の回転量（２π／３６）当たりに（（２π／３６）−（２π／３５））の位相ずれを生じ、出力軸３３の１回転で元に戻る。

ここで、操舵部材１の中立位置からの第１ターゲット板３４，第２ターゲット板３５，第３ターゲット板３６の角変位をそれぞれθ１，θ２，θ３とする。磁気センサＡ１，Ｂ１の出力する信号は一方がｓｉｎθ１、他方がｃｏｓθ１であるから、第１ターゲット板３４が磁気センサＢ１から磁気センサＡ１の方向へ回転する場合、磁気センサＡ１，Ｂ１の各出力Ｖ_A1，Ｖ_B1は、Ｖ_A1＝ｓｉｎθ１、Ｖ_B1＝ｃｏｓθ１とみなすことができる。演算部１１には、予め、センサ出力の中点電圧値を差し引いた磁気センサＡ１の出力とｓｉｎ波とを対応させた参照テーブル（ｓｉｎ近似テーブル）が記憶されており、磁気センサＡ１の出力をｓｉｎ値に近似させるようにしてある。また、同様に、センサ出力の中点電圧値を差し引いた磁気センサＢ１の出力とｃｏｓ波とを対応させた参照テーブル（ｃｏｓ近似テーブル）も記憶されており、磁気センサＢ１の出力をｃｏｓ値に近似させるようにしてある。

こうして、ｓｉｎθ１、ｃｏｓθ１が求まると、ｔａｎθ１をｓｉｎθ１／ｃｏｓθ１から求め、その逆関数（ｔａｎ^−１）からそのときの角変位θ１を求めることができる。なお、ｔａｎθ１から角度θ１を求めるため、演算部１１には、ｔａｎ値とそれに対応する角度θとの参照テーブルであるｔａｎ探索テーブルが記憶されている。
同様にして、角変位θ２及びθ３を求めることができる。

演算部１１は、上記の結果から、トルク演算値Ｔ及び舵角演算値θを、
Ｔ＝Ｋ１（θ１−θ２）．．．（１）
θ＝Ｋ２（θ２−θ３）．．．（２）
の演算により求める。但し、Ｋ１，Ｋ２は定数である。このトルク演算値Ｔに基づいてモータ６が駆動され、必要な操舵補助力が発生する。なお、上記（２）式により明らかなように、舵角演算値θは、θ２，θ３すなわち、第２ターゲット板３５，第３ターゲット板３６に依存しており、これらは出力軸３３側に固定されている。従って、舵角演算値θは、操向車輪９の実際の舵角を正確に反映した値となる。

次に、故障検出部１２による故障判定の動作について図４のフローチャートを参照して説明する。故障検出部１２によって最初に故障が検出されると、故障判定の動作が開始される。開始後、故障検出部１２は、一定時間（例えば５ｍｓ）の時間待ちを行う（ステップＳ１）。一定時間経過後、故障検出部１２は、再度故障発生か否かの判断を行い（ステップＳ２）、故障が解消していれば警告信号出力をオフの状態に維持して（ステップＳ８）故障判定処理を終える。

一方、故障が継続している場合には、故障検出部１２は、最初の故障発生からの時間をカウントする（ステップＳ３）。続いて故障検出部１２は、操向車輪９が自転（ドライバの意思によらない転舵）したかどうかを、舵角演算値θが変化したかどうか（無視できる程度の微小な変化は除く。）に基づいて判断する（ステップＳ４）。なお、ドライバの操舵により舵角演算値が変化する場合もあるが、自転の可能性がある限り、これも含めて自転として検出する。ここで、自転している場合は、即刻、駆動部１３に、アシストを中止させる（ステップＳ５）。自転していない場合には、故障判定時間（例えば２５ｍｓ）が経過したか否かを判断する（ステップＳ６）。なお、通常、５Ａ程度の電流がモータ６に流れても摩擦等により操向車輪９は自転しない。従って、ノイズ等の理由によりドライバの意思によらない駆動指令がモータ６に与えられたとしても、それが５Ａ程度相当であれば操向車輪９は自転しない。

また、ステップＳ６において故障判定時間が経過していない場合には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６が一定回数（例えば４回）繰り返される。その間に自転が生じた場合は上述のようにアシスト中止となる。自転が生じることなく故障判定時間が経過した場合、故障検出部１２は警告信号出力をオンにすることによりドライバに警告し（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。但し、アシストは中止しない。故障検出部１２は、故障判定時間の経過後も上記故障判定を継続し、故障が解消せず、かつ、自転が生じた場合はアシストを中止する。また、故障が解消した場合には警告信号出力オフとして（ステップＳ８）故障判定処理を終える。

図５の（ａ）は故障検出部１２によって検出される故障信号の一例であり、故障判定時間Δｔ（＝ｔ２−ｔ１）を超える時刻ｔ１からｔ４までの故障信号であるとする。この期間内の時刻ｔ２において、故障判定時間Δｔが経過するが、（ｂ）に示すように、舵角演算値が変化しない場合にはアシストを中止しない。故障判定時間の経過により警告信号出力オン（ステップＳ７）となるが、時刻ｔ４において故障信号がなくなると、警告信号出力オフとなる（ステップＳ８）。一方、舵角演算値が（ｃ）に示すように故障判定時間経過後の時刻ｔ３において変化した場合（すなわち自転）、アシスト中止（ステップＳ５）となる。

上記のような処理動作により、ノイズ等の一時的な理由によりシステムの故障が検出されても、それが原因となって自転が生じない限りアシストが継続される。これは、自転が生じない限り、危険がないことに基づいている。但し、故障判定時間を超える故障信号があると警告信号出力オンとなることにより、ドライバに警告を与え、注意を喚起することができる。また、故障判定時間経過後も自転が生じた場合にはアシストを中止することができる。なお、一旦警告信号出力オンとなっても、その後、自転を生じる前に故障信号がなくなった場合には警告信号出力オフとなり、結果的に警告信号出力オンとなるのは短時間である。従って、結果的に不要な警告は、早期に解除することができる。
こうして、ノイズ等によって一時的に発生する故障に過度に敏感な反応をしてアシスト中止に至る不便をドライバに味わわせることなく、他方、自転に対しては確実にアシストを中止して安全を確保することができる。

なお、上記の例ではトルク検出器と舵角検出器とが図２，３に示すように一体化されているが、両者は別個独立に設けられていてもよい。

本発明の一実施形態による電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。図１に示すトルク検出器及び舵角検出器の具体的な構成を示す図である。図２に示すトーションバー、入出力軸、各ターゲット板及び磁気センサを模式的に表した図である。制御装置において実行される故障判定の処理を示すフローチャートである。故障信号及び舵角の時間的変化例を示すグラフである。

符号の説明

３Ｔトルク検出器
３Ｓ舵角検出器
９操向車輪
１０制御装置
１２故障検出部
１４警告信号出力部

Claims

トルク検出器によって検出される操舵トルクに基づいて操舵補助を行うシステムを備えた電動パワーステアリング装置であって、
操向車輪の舵角を検出する舵角検出器と、
前記システムの故障を検出する機能を有するとともに、故障検出時であっても前記操向車輪の舵角が変化しなければ操舵補助を続行し、故障検出時に当該舵角が変化したとき操舵補助を停止する制御装置と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記制御装置は、故障検出状態で故障判定時間が経過すると警告信号を出力する請求項１記載の電動パワーステアリング装置。